mxenes

LA CORSA AL 2D - IN CHE SENSO IL FUTURO SARÀ BIDIMENSIONALE? DOPO LA SCOPERTA NEL 2004 DEL GRAFENE È IL TURNO DEGLI MXENES, E LE POTENZIALITÀ SONO FANTASCIENTIFICHE: BATTERIE A RICARICA ULTRAVELOCE, DISPOSITIVI ELETTRONICI PIEGHEVOLI, SENSORI ULTRASENSIBILI PER LA DIAGNOSTICA MEDICA, MATERIALI CHE PURIFICANO DELLE ACQUE... - CHI SARÀ IN GRADO DI SVILUPPARE QUESTE TECNOLOGIE RAGGIUNGERÀ UN VANTAGGIO COMPETITIVO FONDAMENTALE - E INDOVINATE CHI STA GIÀ INVESTENDO PER VINCERE LA GARA? I CINESI...

Plinio Innocenzi per www.businessinsider.com

 

il grafene

La scoperta del grafene nel 2004 da parte di due fisici dell’università di Manchester ha rappresentato una svolta fondamentale nello sviluppo delle nanoscienze poiché ha aperto un vaso di Pandora da cui è fuoriuscito un piccolo universo completamente nuovo fatto di due sole dimensioni, i cosiddetti materiali bidimensionali.

 

Il grafene in realtà era sempre stato sotto i nostri occhi perché è semplicemente uno dei tanti foglietti di spessore monoatomico che formano la grafite, un materiale molto comune che utilizziamo ad esempio per scrivere con le matite. È bastato escogitare il trucco di utilizzare del banale nastro adesivo per riuscire a isolare un singolo foglio di grafene e… vincere un premio Nobel. Una volta isolato il grafene si sono presto comprese le sue straordinarie proprietà.

 

ricostruzione al computer di un foglio di grafene

Il grafene è formato solamente da atomi di carbonio legati tra di loro tramite un legame covalente, quindi molto forte, in una struttura a esagoni. I singoli fogli che sovrapposti formano la grafite sono invece tenuti insieme da legami secondari, quindi più deboli dei legami chimici. Per questo è relativamente semplice esfoliare la grafite per ottenerne grafene. La particolare conformazione di questo materiale bidimensionale fa sì che si formi una sorta di autostrada per gli elettroni che sono liberi di muoversi senza ostacoli facendo del grafene un semiconduttore molto speciale.

 

grafene

Non solo, il grafene, come i suoi parenti stretti i nanotubi di carbonio, ha anche proprietà meccaniche straordinarie che lo rende resistentissimo, centinaia di volte più dell’acciaio pur potendosi deformare facilmente.

 

Proprietà tanto uniche da generare una vera e propria corsa alla tecnologia del grafene con annunci di scoperte e applicazioni rivoluzionarie a getto continuo.

 

mxenes 2d

Le aspettative sono così elevate che alcuni stati e aziende hanno pensato di assicurarsi ampie riserve della materia prima da cui si ricava il grafene, ossia la grafite.

 

A sedici anni dalla sua scoperta tuttavia non ci sono ancora le applicazioni rivoluzionarie che si attendevano a breve anche se le aspettative rimangono indubbiamente ancora altissime.

 

Il grafene ha avuto però un altro importate merito, ha fatto comprendere, come aveva detto il fisico statunitense Richard Feynman, che c’è ancora un sacco di spazio lì sotto, alludendo al nano mondo. Se utilizzando del nastro adesivo si era riusciti ad isolare il grafene, probabilmente, si è presto intuito, esistevano tanti materiali bidimensionali ancora da scoprire. Questi materiali possono essere immaginati, esattamente come il grafene, come fogli sottilissimi dello spessore di un atomo.

 

scoperta di mxenes

La caccia ha portato in breve a risultati interessantissimi. I primi ad essere stati scoperti sono i materiali 2D con una struttura a strati simile a quella della grafite, in particolare quelli formati da dicalcogenuri di metalli di transizione. I singoli fogli di questi materiali sono formati ad esempio da uno strato di molibdeno o tungsteno tra due strati di zolfo, o selenio o tellurio. Uno di questi è il disolfuro di molibdeno (MoS2) o di tungsteno (WS2). Questi materiali bidimensionali sono quindi formati da tre strati atomici e sono dei ‘semiconduttori a band gap diretto’, cioè in grado di emettere luce quando eccitati anche dalla luce visibile.

 

foglio di grafene

Se i diversi materiali 2D vengono sovrapposti in modo opportuno formano dei sistemi stratificati, definiti come eterostrutture di Van der Waals, che possono essere utilizzate per la fabbricazione di dispositivi di nuova generazione per l’optoelettronica e la fotonica.

 

Un altro straordinario materiale bidimensionale è il nitruro di boro, il cosiddetto grafene bianco, poiché ha la stessa struttura monoatomica a legami covalenti esagonali tra boro e azoto. Contrariamente al grafene che è un ottimo conduttore, il nitruro di boro è un semiconduttore con un elevatissimo bandgap, ossia è necessaria un’eccitazione con luce di alta energia, nell’ultravioletto, per farlo condurre, tuttavia è un ottimo conduttore di calore e con un’elevatissima resistenza meccanica.

 

immagini di mxenes

La famiglia dei materiali bidimensionali si stima sia composta da qualche migliaia di elementi, dei quali solo alcune decine sono stati al momento studiati. Una vera miniera d’oro ancora da scoprire.

 

Le sorprese nel nano mondo a due dimensioni non sono finite qui però. Infatti ancora più recentemente, nel 2011, sono stati sintetizzati materiali bidimensionali ancora più esotici, i MXenes (messeni). Questa famiglia di materiali 2D è forse la più grande e potrebbe comprendere decine di migliaia di elementi. Il nome, piuttosto strano, deriva da composti ceramici formati da un metallo di transizione, M (come molibdeno o titanio), un elemento come l’alluminio o silicio, A, e un atomo di carbonio o azoto, X, che formano le cosiddette fasi MAX. Da queste fasi, eliminando uno dei componenti, come l’alluminio, si ottengono dei carburi bidimensionali, come ad esempio il Ti3C2. Il risultato del processo di esfoliazione delle fasi MAX sono appunto i MXenes, in qualche modo parenti del grafene, i nipoti del progenitore bidimensionale.

 

MXenes

Uno degli aspetti più affascinanti dei MXenes è che prima della loro scoperta non era neanche previsto che esistessero mentre ora si ritiene che ci possano essere teoricamente milioni di possibili combinazioni di metalli di transizione con carbonio e azoto in grado di formare MXenes. Si tratterà di capire quali di queste combinazioni sono stabili; una stima teorica ha valutato che potrebbero esserci fino a un milione di possibili MXenes stabili, una prospettiva mozzafiato per il mondo della ricerca.

 

Quali applicazioni possono avere i MXenes? Si possono prospettare nuove generazioni di materiali avanzati, per esempio i MXenes possono subire notevoli deformazioni meccaniche pur continuando a condurre elettricità. Batterie a ricarica ultraveloce, dispositivi elettronici pieghevoli, sensori ultrasensibili per la diagnostica medica, materiali per la purificazione delle acque. Un’applicazione molto affascinante che si prospetta è la fabbricazione di nanogeneratori triboelettrici, che trasformano i movimenti muscolari in energia elettrica. Questo permetterebbe di raccogliere l’energia generata dall’attrito, ad esempio, dalle contrazioni muscolari, durante la digitazione o una camminata e convertirla in energia elettrica. Questa tecnologia se incorporata nei cellulari li renderebbe in grado di autoalimentarsi.

 

Le prospettive aperte dai materiali bidimensionali sono dunque veramente straordinarie ed è facile immaginare che nei prossimi anni il Paese che sarà in grado di sviluppare dal punto di vista industriale queste tecnologie raggiungerà un vantaggio competitivo fondamentale. La corsa è solo cominciata e Paesi come la Cina stanno investendo grandi risorse finanziarie e umane per attrezzarsi a vincere la gara.

Ultimi Dagoreport

donald trump xi jinping re carlo iii paolo zampolli mohammed bin zayed al nahyan

DAGOREPORT – OCCHI E ORECCHIE PUNTATE SU WASHINGTON: LA VISITA DI RE CARLO SARÀ UTILE A TRUMP, SEMPRE PIU’ ISOLATO, CHE HA BISOGNO DI RINSALDARE LA STORICA ALLEANZA CON LA GRAN BRETAGNA – IL PETROLIO COSTA, GLI ELETTORI SONO INCAZZATI: WASHINGTON VUOLE ACCELERARE SULLA PACE CON L’IRAN. MA GLI AYATOLLAH MOLLERANNO SOLO QUANDO LO ORDINERÀ LORO IL “PADRONCINO” XI JINPING (L’INCONTRO A PECHINO DEL 14-15 MAGGIO SARÀ UNA NUOVA YALTA?) – EMIRATI INGOLFATI: ABU DHABI CHIEDE UNA “SWAP LINE” D’EMERGENZA A WASHINGTON, E IL TYCOON NON PUÒ DIRE DI NO – LA TESTA PLATINATA DI DONALD ZAMPILLA DI…ZAMPOLLI: IL PASTICCIACCIO DEL SUO INVIATO SPECIALE E LE POSSIBILI RIVELAZIONI DELLA SUA EX, AMANDA UNGARO, NON SONO UNA MINCHIATA…

nicole minetti carlo nordio francesca nanni

DAGOREPORT – TEMPI SEMPRE PIU' CUPI PER L'EX INVINCIBILE ARMATA BRANCA-MELONI - LA RESPONSABILITÀ NEL PASTROCCHIO DELLA GRAZIA A NICOLE MINETTI PESA, IN PRIMIS, SUL CAPOCCIONE DEL MINISTRO NORDIO - LA PROCURA GENERALE DELLA CORTE D'APPELLO DI MILANO, GUIDATA DA FRANCESCA NANNI, SI E' PRECIPITATA A DICHIARARE CHE L'ISTRUTTORIA SULLA PRATICA MINETTI SI E' ATTENUTA ALLE INDICAZIONI DEL MINISTERO DELLA GIUSTIZIA: VERIFICARE LA VERIDICITA' DI QUANTO AFFERMATO NELLA DOMANDA DI GRAZIA SULLA CONDOTTA DI VITA DELLA MINETTI IN ITALIA - NULLA E' STATO APPROFONDITO SULLE ATTIVITA' IN URUGUAY (TRA ESCORT E FESTINI) DELL’EX IGIENISTA DENTALE DI BERLUSCONI E DEL SUO COMPAGNO GIUSEPPE CIPRIANI, SODALE D'AFFARI CON EPSTEIN – DALLA PROCURA DI MILANO, LA PRATICA MINETTI E' TORNATA AL MINISTERO DI NORDIO CHE, DATO IL SUO PARERE POSITIVO, L'HA INVIATA AL QUIRINALE - L'ACCERTAMENTO DI QUANTO RIVELATO DAL “FATTO QUOTIDIANO”, RENDEREBBE INEVITABILI LE DIMISSIONI DI NORDIO, GIÀ PROTAGONISTA CON LA "ZARINA" GIUSI BARTOLOZZI, DI UNA SERIE DI FIGURACCE E DISASTRI: ALMASRI, GLI ATTACCHI AL CSM E AI MAGISTRATI, LA BATOSTA DEL REFERENDUM SULLA GIUSTIZIA, ECCETERA - (LA REVOCA DELLA GRAZIA SAREBBE LA PRIMA VOLTA NELLA STORIA DELLA REPUBBLICA...)

meloni buttafuoco fenice venezi colabianchi giuli brugnaro

FLASH! – DIETRO LA CACCIATA DI BEATRICE VENEZI C'E' UNA RAGIONE PIÙ “POLITICA” CHE MUSICALE: A FINE MAGGIO SI VOTA A VENEZIA PER IL NUOVO SINDACO CHE PRENDERA' IL POSTO DI BRUGNARO, GRAN SPONSOR DELLA “BACCHETTA NERA” (COME ANCHE IL MAL-DESTRO ZAIA) - QUANDO MELONI HA SBIRCIATO I SONDAGGI RISERVATI CHE VEDE IL CENTROSINISTRA AVANTI, SOSPINTO DALLO SCANDALOSO CASO-VENEZI (CHE STRAPPA ALLA DESTRA 4-5%), GLI OTOLITI SONO ANDATI IN TILT - E ALLA PRIMA OCCASIONE, CON LE IMPROVVIDE DICHIARAZIONI DI “BEATROCE” CONTRO L’ORCHESTRA, È STATA LICENZIATA - LO STESSO ''SENTIMENT'' VALE PER BUTTAFUOCO, MA IL PRESIDENTE DELLA BIENNALE, PIU' FURBO, NON OFFRE PER ORA IL FIANCO PER LIQUIDARLO - E SE VENISSE CACCIATO, A DIFFERENZA DI VENEZI, HA L'“INTELLIGHENZIA” DEI SINISTRATI CHE LODA L'INTELLETTUALITA' DEL FASCIO-MUSULMANO CHE APRE IL PADIGLIONE AI RUSSI....

giovanni malago giorgia meloni giancarlo giorgetti andrea abodi gianluca rocchi

DAGOREPORT - IL CASO ROCCHI E' ARRIVATO COME IL CACIO SUI MACCHERONI PER ABODI E GIORGETTI, PRETESTO PERFETTO PER COMMISSARIARE LA FIGC, SCONGIURANDO IL RISCHIO CHE COSI' POSSA CADERE NELLE MANI DELL'INAFFIDABILE MALAGO’ - LANCIATO DA DE LAURENTIIS, "MEGALO' SAREBBE IN LIEVE VANTAGGIO SUL FILO-GOVERNATIVO ABETE - A PARTE GIANNI LETTA, TUTTO IL GOVERNO, IN PRIMIS IL DUO ABODI-GIORGETTI, DETESTA L'IDEA DI MALAGO' E PUNTEREBBE A NOMINARE COMMISSARIO FIGC IL PRESIDENTE DI SPORT E SALUTE, MARCO MEZZAROMA, CARO ALLA FIAMMA MELONIANA…

donald trump benzinaio benzina petrolio greggio

DAGOREPORT – LE UNICHE POMPE CHE NON PIACCIONO A TRUMP SONO QUELLE DI BENZINA! È VERO CHE LE ESPORTAZIONI DI GREGGIO AMERICANE CRESCONO A RITMI RECORD, MA IL PREZZO AL GALLONE NEI DISTRIBUTORI AMERICANI RESTA AI MASSIMI: IL CAOS IN MEDIORIENTE È STATO UN BOOMERANG VISTO CHE LO SCOTTO PEGGIORE LO STANNO PAGANDO I CITTADINI (SI VENDICHERANNO ALLE MIDTERM?), CHE HANNO LA BENZINA ALLE STELLE MENTRE I PRODUTTORI FANNO PROFITTI RECORD – IL MINISTRO DEGLI ESTERI IRANIANO, ARAGHCHI, VOLA A MOSCA E TRATTA CON QATAR E SAUDITI (MA NON CON EMIRATI E BAHREIN, CHE HANNO FIRMATO GLI ACCORDI DI ABRAMO CON ISRAELE)

kyriakou repubblica radio capital tv8

DAGOREPORT - “LA REPUBBLICA” DI ATENE – THEODORE KYRIAKOU VUOLE CAPIRE CHE DIREZIONE DARE AL GRUPPO GEDI E SE C’È UNO SPAZIO POLITICO (E COMMERCIALE) PER DARE A “REPUBBLICA” UN ORIENTAMENTO PIÙ MARCATAMENTE DI SINISTRA. LA SVOLTA DEL QUOTIDIANO SI DOVREBBE ACCOMPAGNARE, NELLE INTENZIONI DELL’EDITORE GRECO, A UN INVESTIMENTO TELEVISIVO. LA SUA IDEA È QUELLA DI TRASFORMARE IN CANALE DIGITALE “RADIO CAPITAL TV”, GIÀ DI PROPRIETÀ DEL GRUPPO, MA NON È ESCLUSO (E DIPENDERÀ DAL PREZZO) L’ASSALTO A TV8 DEL GRUPPO SKY...